Y分钟学C

C语言在今天仍然是高性能计算的主要选择。

C大概是大多数程序员用到的最接近底层的语言了，C语言原生的速度就很高了，但是别忘了C的手动内存管理，它会让你将性能发挥到极致。

// 单行注释以//开始。（仅适用于C99或更新的版本。）

/*
多行注释是这个样子的。（C89也适用。）
*/

常数： #define 关键词

#define DAYS_IN_YEAR 365

以枚举的方式定义常数

enum days {SUN = 1, MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT};

MON自动被定义为2，TUE被定义为3，以此类推。

用#include来导入头文件

#include 
#include 
#include

<尖括号>间的文件名是C标准库的头文件。

标准库以外的头文件，使用双引号代替尖括号。

#include "my_header.h"

函数的签名可以事先在.h文件中定义，
也可以直接在.c文件的头部定义。

void function_1(char c);
void function_2(void);

如果函数出现在main()之后，那么必须在main()之前
先声明一个函数原型

int add_two_ints(int x1, int x2); // 函数原型

你的程序的入口是一个返回值为整型的main函数

int main() {

用printf打印到标准输出，可以设定格式，
%d 代表整数, \n 代表换行

printf("%d\n", 0); // => 打印 0

所有的语句都要以分号结束

类型

在使用变量之前我们必须先声明它们。
变量在声明时需要指明其类型，而类型能够告诉系统这个变量所占用的空间

int型（整型）变量一般占用4个字节

int x_int = 0;

short型（短整型）变量一般占用2个字节

short x_short = 0;

char型（字符型）变量会占用1个字节

char x_char = 0;
char y_char = 'y'; // 字符变量的字面值需要用单引号包住

long型（长整型）一般需要4个字节到8个字节; 而long long型则至少需要8个字节（64位）

long x_long = 0;
long long x_long_long = 0;

float一般是用32位表示的浮点数字

float x_float = 0.0;

double一般是用64位表示的浮点数字

double x_double = 0.0;

整数类型也可以有无符号的类型表示。这样这些变量就无法表示负数
但是无符号整数所能表示的范围就可以比原来的整数大一些

unsigned short ux_short;
unsigned int ux_int;
unsigned long long ux_long_long;

单引号内的字符是机器的字符集中的整数。

'0' // => 在ASCII字符集中是48
'A' // => 在ASCII字符集中是65

char类型一定会占用1个字节，但是其他的类型却会因具体机器的不同而各异
sizeof(T) 可以返回T类型在运行的机器上占用多少个字节
这样你的代码就可以在各处正确运行了
sizeof(obj)返回表达式（变量、字面量等）的尺寸

printf("%zu\n", sizeof(int)); // => 4 (大多数的机器字长为4)

如果sizeof的参数是一个表达式，那么这个参数不会被演算（VLA例外，见下）
它产生的值是编译期的常数

int a = 1;
// size_t是一个无符号整型，表示对象的尺寸，至少2个字节
size_t size = sizeof(a++); // a++ 不会被演算
printf("sizeof(a++) = %zu where a = %d\n", size, a);
// 打印 "sizeof(a++) = 4 where a = 1" （在32位架构上）

数组必须要被初始化为具体的长度

char my_char_array[20]; // 这个数组占据 1 * 20 = 20 个字节
int my_int_array[20]; // 这个数组占据 4 * 20 = 80 个字节
                      // (这里我们假设字长为4)

可以用下面的方法把数组初始化为0:

char my_array[20] = {0};

索引数组和其他语言类似 -- 好吧，其实是其他的语言像C

my_array[0]; // => 0

数组是可变的，其实就是内存的映射！

my_array[1] = 2;
printf("%d\n", my_array[1]); // => 2

在C99 （C11中是可选特性），变长数组（VLA）也可以声明长度。
其长度不用是编译期常量。

printf("Enter the array size: "); // 询问用户数组长度
char buf[0x100];
fgets(buf, sizeof buf, stdin);

stroul 将字符串解析为无符号整数

size_t size = strtoul(buf, NULL, 10);
int var_length_array[size]; // 声明VLA
printf("sizeof array = %zu\n", sizeof var_length_array);

上述程序可能的输出为：

> Enter the array size: 10
> sizeof array = 40

字符串就是以 NUL (0x00) 这个字符结尾的字符数组,
NUL可以用'\0'来表示.
(在字符串字面量中我们不必输入这个字符，编译器会自动添加的)

char a_string[20] = "This is a string";
printf("%s\n", a_string); // %s 可以对字符串进行格式化

也许你会注意到 a_string 实际上只有16个字节长.
第17个字节是一个空字符(NUL)
而第18, 19 和 20 个字符的值是未定义。

printf("%d\n", a_string[16]); // => 0

byte #17值为0（18，19，20同样为0）

单引号间的字符是字符字面量
它的类型是int，而不是 char（由于历史原因）

int cha = 'a'; // 合法
char chb = 'a'; // 同样合法 (隐式类型转换

多维数组

int multi_array[2][5] = {
        {1, 2, 3, 4, 5},
        {6, 7, 8, 9, 0}
    }

获取元素

int array_int = multi_array[0][2]; // => 3

操作符

多个变量声明的简写

int i1 = 1, i2 = 2;
float f1 = 1.0, f2 = 2.0;

int a, b, c;
a = b = c = 0;

算数运算直截了当

i1 + i2; // => 3
i2 - i1; // => 1
i2 * i1; // => 2
i1 / i2; // => 0 (0.5，但会被化整为 0)

f1 / f2; // => 0.5, 也许会有很小的误差

浮点数和浮点数运算都是近似值

取余运算

11 % 3; // => 2

你多半会觉得比较操作符很熟悉, 不过C中没有布尔类型
而是用整形替代
(C99中有_Bool或bool。)
0为假, 其他均为真. (比较操作符的返回值总是返回0或1)

3 == 2; // => 0 (false)
3 != 2; // => 1 (true)
3 > 2; // => 1
3 < 2; // => 0
2 <= 2; // => 1
2 >= 2; // => 1

C不是Python —— 连续比较不合法

int a = 1;
// 错误
int between_0_and_2 = 0 < a < 2;
// 正确
int between_0_and_2 = 0 < a && a < 2;

逻辑运算符适用于整数

!3; // => 0 (非)
!0; // => 1
1 && 1; // => 1 (且)
0 && 1; // => 0
0 || 1; // => 1 (或)
0 || 0; // => 0

条件表达式（ ? : ）

int a = 5;
int b = 10;
int z;
z = (a > b) ? a : b; //  10 “若a > b返回a，否则返回b。”

增、减

char *s = "iLoveC"
int j = 0;
s[j++]; // "i" 返回s的第j项，然后增加j的值。
j = 0;
s[++j]; // => "L"  增加j的值，然后返回s的第j项。

j-- 和 --j 同理

位运算

~0x0F; // => 0xF0 (取反)
0x0F & 0xF0; // => 0x00 (和)
0x0F | 0xF0; // => 0xFF (或)
0x04 ^ 0x0F; // => 0x0B (异或)
0x01 << 1; // => 0x02 (左移1位)
0x02 >> 1; // => 0x01 (右移1位)

对有符号整数进行移位操作要小心 —— 以下未定义：

有符号整数位移至符号位 int a = 1 << 32
左移位一个负数 int a = -1 << 2
移位超过或等于该类型数值的长度
```
int a = 1 << 32; // 假定int32位
```

控制结构

if (0) {
  printf("I am never run\n");
} else if (0) {
  printf("I am also never run\n");
} else {
  printf("I print\n");
}

While循环

int ii = 0;
while (ii < 10) { // 任何非0的值均为真
    printf("%d, ", ii++); // ii++ 在取值过后自增
} // =>  打印 "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, "

printf("\n");

int kk = 0;
do {
    printf("%d, ", kk);
} while (++kk < 10); // ++kk 先自增，再被取值
// => 打印 "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, "

printf("\n");

For 循环

int jj;
for (jj=0; jj < 10; jj++) {
    printf("%d, ", jj);
} // => 打印 "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, "

printf("\n");

注意:
循环和函数必须有主体部分，如果不需要主体部分：

int i;
    for (i = 0; i <= 5; i++) {
    ; // 使用分号表达主体（null语句）
}

多重分支：switch()

switch (some_integral_expression) {
case 0: // 标签必须是整数常量表达式
    do_stuff();
    break; // 如果不使用break，控制结构会继续执行下面的标签
case 1:
    do_something_else();
    break;
default:
    // 假设 `some_integral_expression` 不匹配任何标签
    fputs("error!\n", stderr);
    exit(-1);
    break;
    }

类型转换

在C中每个变量都有类型，你可以将变量的类型进行转换(有一定限制)

int x_hex = 0x01; // 可以用16进制字面量赋值

// 在类型转换时，数字本身的值会被保留下来
printf("%d\n", x_hex); // => 打印 1
printf("%d\n", (short) x_hex); // => 打印 1
printf("%d\n", (char) x_hex); // => 打印 1

类型转换时可能会造成溢出，而且不会抛出警告

printf("%d\n", (char) 257); // => 1 (char的最大值为255，假定char为8位长)

使用提供的CHAR_MAX、SCHAR_MAX和UCHAR_MAX宏可以确定char、signed_char和unisigned char的最大值。

整数型和浮点型可以互相转换

printf("%f\n", (float)100); // %f 格式化单精度浮点
printf("%lf\n", (double)100); // %lf 格式化双精度浮点
printf("%d\n", (char)100.0);

指针

指针变量是用来储存内存地址的变量
指针变量的声明也会告诉它所指向的数据的类型
你可以使用得到你的变量的地址，并把它们搞乱，;-)

int x = 0;
printf("%p\n", &x); // 用 & 来获取变量的地址
// (%p 格式化一个类型为 void *的指针)
// => 打印某个内存地址

指针类型在声明中以*开头

int* px, not_a_pointer; // px是一个指向int型的指针
px = &x; // 把x的地址保存到px中
printf("%p\n", (void *)px); // => 输出内存中的某个地址
printf("%zu, %zu\n", sizeof(px), sizeof(not_a_pointer));
// => 在64位系统上打印“8， 4”。

要得到某个指针指向的内容的值，可以在指针前加一个来取得（取消引用）
注意：是的，这可能让人困惑，''在用来声明一个指针的同时取消引用它。

printf("%d\n", *px); // => 输出 0, 即x的值

你也可以改变指针所指向的值
此时你需要取消引用上添加括号，因为++比*的优先级更高

(*px)++; // 把px所指向的值增加1
printf("%d\n", *px); // => 输出 1
printf("%d\n", x); // => 输出 1

数组是分配一系列连续空间的常用方式

int x_array[20];
int xx;
for (xx=0; xx<20; xx++) {
    x_array[xx] = 20 - xx;
} // 初始化 x_array 为 20, 19, 18,... 2, 1

声明一个整型的指针，并初始化为指向x_array

int* x_ptr = x_array;

x_ptr现在指向了数组的第一个元素(即整数20).
这是因为数组通常衰减为指向它们的第一个元素的指针。
例如，当一个数组被传递给一个函数或者绑定到一个指针时，
衰减为(隐式转化为）一个指针。
例外：当数组是&操作符的参数：

int arr[10];
int (*ptr_to_arr)[10] = &arr; // &arr的类型不是`int *`！
                              // 它的类型是指向数组的指针（数组由10个int组成）

或者当数组是字符串字面量（初始化字符数组）

char arr[] = "foobarbazquirk";

或者当它是sizeof或alignof操作符的参数时：

int arr[10];
int *ptr = arr; // 等价于 int *ptr = &arr[0];
printf("%zu, %zu\n", sizeof arr, sizeof ptr); // 应该会输出"40, 4"或"40, 8"

指针的增减多少是依据它本身的类型而定的
（这被称为指针算术）

printf("%d\n", *(x_ptr + 1)); // => 打印 19
printf("%d\n", x_array[1]); // => 打印 19

你也可以通过标准库函数malloc来实现动态分配
这个函数接受一个代表容量的参数，参数类型为size_t
系统一般会从堆区分配指定容量字节大小的空间（在一些系统，例如嵌入式系统中这点不一定成立,C标准对此未置一词。）

int *my_ptr = malloc(sizeof(*my_ptr) * 20);
for (xx=0; xx<20; xx++) {
    *(my_ptr + xx) = 20 - xx; // my_ptr[xx] = 20-xx
} // 初始化内存为 20, 19, 18, 17... 2, 1 (类型为int）

对未分配的内存进行取消引用会产生未定义的结果

printf("%d\n", *(my_ptr + 21)); // => 谁知道会输出什么

malloc分配的区域需要手动释放
否则没人能够再次使用这块内存，直到程序结束为止

free(my_ptr);

字符串通常是字符数组，但是经常用字符指针表示(它是指向数组的第一个元素的指针)
一个优良的实践是使用const char *来引用一个字符串字面量，
因为字符串字面量不应当被修改（即"foo"[0] = 'a'犯了大忌）

const char* my_str = "This is my very own string";
printf("%c\n", *my_str); // => 'T'

如果字符串是数组，（多半是用字符串字面量初始化的）
情况就不一样了，字符串位于可写的内存中

char foo[] = "foo";
foo[0] = 'a'; // 这是合法的，foo现在包含"aoo"

函数

函数声明语法:

<返回值类型> <函数名称>(<参数>)

int add_two_ints(int x1, int x2){
    return x1 + x2; // 用return来返回一个值
}

函数是按值传递的。当调用一个函数的时候，传递给函数的参数是原有值的拷贝（数组除外）。你在函数内对参数所进行的操作，不会改变该参数原有的值。

但是你可以通过指针来传递引用，这样函数就可以更改值

例子：字符串本身翻转

// 类型为void的函数没有返回值
void str_reverse(char *str_in){
    char tmp;
    int ii = 0;
    size_t len = strlen(str_in); // `strlen()`` 是C标准库函数
    for(ii = 0; ii < len / 2; ii++){
        tmp = str_in[ii];
        str_in[ii] = str_in[len - ii - 1]; // 从倒数第ii个开始
        str_in[len - ii - 1] = tmp;
    }
}

测试：

char c[] = "This is a test.";
str_reverse(c);
printf("%s\n", c); // => ".tset a si sihT"

如果引用函数之外的变量，必须使用extern关键字

int i = 0;
void testFunc() {
    extern int i; // 使用外部变量 i
}

使用static确保external变量为源文件私有

static int i = 0; // 其他使用 testFunc()的文件无法访问变量i
void testFunc() {
    extern int i;
}

你同样可以声明函数为static

用户自定义类型和struct

Typedefs可以创建类型别名

typedef int my_type;
my_type my_type_var = 0;

struct是数据的集合，成员依序分配，按照编写的顺序

struct rectangle {
    int width;
    int height;
};

一般而言，以下断言不成立：

sizeof(struct rectangle) == sizeof(int) + sizeof(int)

这是因为structure成员之间可能存在潜在的间隙（为了对齐）1

void function_1(){

    struct rectangle my_rec;

    // 通过 . 来访问结构中的数据
    my_rec.width = 10;
    my_rec.height = 20;

    // 你也可以声明指向结构体的指针
    struct rectangle *my_rec_ptr = &my_rec;

    // 通过取消引用来改变结构体的成员...
    (*my_rec_ptr).width = 30;

    // ... 或者用 -> 操作符作为简写提高可读性
    my_rec_ptr->height = 10; // Same as (*my_rec_ptr).height = 10;
}

你也可以用typedef来给一个结构体起一个别名

typedef struct rectangle rect;

int area(rect r){
    return r.width * r.height;
}

如果struct较大，你可以通过指针传递，避免复制整个struct。

int area(const rect *r)
{
    return r->width * r->height;
}

函数指针

在运行时，函数本身也被存放到某块内存区域当中
函数指针就像其他指针一样（不过是存储一个内存地址）但却可以被用来直接调用函数,并且可以四处传递回调函数
但是，定义的语法初看令人有些迷惑

例子：通过指针调用str_reverse

void str_reverse_through_pointer(char *str_in) {
    // 定义一个函数指针 f. 
    void (*f)(char *); // 签名一定要与目标函数相同
    f = &str_reverse; // 将函数的地址在运行时赋给指针
    (*f)(str_in); // 通过指针调用函数
    // f(str_in); // 等价于这种调用方式
}

只要函数签名是正确的，任何时候都能将任何函数赋给某个函数指针
为了可读性和简洁性，函数指针经常和typedef搭配使用：

typedef void (*my_fnp_type)(char *);

实际声明函数指针会这么用:

// my_fnp_type f;

特殊字符

'\a' // bell
'\n' // 换行
'\t' // tab
'\v' // vertical tab
'\f' // formfeed
'\r' // 回车
'\b' // 退格
'\0' // null，通常置于字符串的最后。
     //   hello\n\0. 按照惯例，\0用于标记字符串的末尾。
'\\' // 反斜杠
'\?' // 问号
'\'' // 单引号
'\"' // 双引号
'\xhh' // 十六进制数字. 例子: '\xb' = vertical tab
'\ooo' // 十进制数字. 例子: '\013' = vertical tab

打印格式：

"%d"    // 整数
"%3d"   // 3位以上整数 （右对齐文本）
"%s"    // 字符串
"%f"    // float
"%ld"   // long
"%3.2f" // 左3位以上、右2位以上十进制浮
"%7.4s" // (字符串同样适用)
"%c"    // 字母
"%p"    // 指针
"%x"    // 十六进制
"%o"    // 十进制
"%%"    // 打印 %

演算优先级

//---------------------------------------------------//
//        操作符                     | 组合          //
//---------------------------------------------------//
// () [] -> .                        | 从左到右      //
// ! ~ ++ -- + = *(type)sizeof       | 从右到左      //
// * / %                             | 从左到右      //
// + -                               | 从左到右      //
// << >>                             | 从左到右      //
// < <= > >=                         | 从左到右      //
// == !=                             | 从左到右      //
// &                                 | 从左到右      //
// ^                                 | 从左到右      //
// |                                 | 从左到右      //
// &&                                | 从左到右      //
// ||                                | 从左到右      //
// ?:                                | 从右到左      //
// = += -= *= /= %= &= ^= |= <<= >>= | 从右到左      //
// ,                                 | 从左到右      //
//---------------------------------------------------//